[发明专利]一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述无人机避障系统包括信息检测部分、数据处理部分、飞行控制部分，所述信息检测部分、所述数据处理部分、所述飞行控制部分顺序连接；所述信息检测部分提供附近障碍物和电场信息，所述数据处理部分接收检测信息进行实时路径规划、输出控制指令，所述飞行控制部分基于数据处理中心的控制指令控制所述无人机避障飞行。

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述信息检测部分包括毫米波雷达模块、近电感应模块和北斗定位模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述毫米波雷达模块采用77GHZ毫米波雷达，实时获取前方障碍信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述近电感应模块负责感应附近电场信息给出所述无人机靠近高压电器设备时的预警，包括球形电场传感器部分、信号调理电路部分和单片机部分；

所述球形电场传感器为电容性传感器，基于感应电荷产生内空间电场，而两侧电压与场强成正比的原理，通过测量电压能够获得电场信息；所述球形电场传感器的结构为6个曲率金属圆形铜片安装在塑料球上构成一个球形传感器，6个圆片均匀放置，一一对应，每个铜片采用铜箔做电极，导线焊接在铜箔的边缘，该球形传感器在电场环境下产生电压信号，通过6根导线将信号传输给所述信号调理电路；

所述信号调理电路包括前置放大电路、工频信号滤波电路、AC-DC转换电路和直流放大电路；

所述单片机部分采用PIC18F87K22型单片机，主要完成电场信号的判断、转换和传输。

5.根据权利要求4所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述北斗定位模块采用小型北斗定位模块SIM68M，能够实时定位所述无人机地理位置，结合设定路径目标信息进行所述无人机到达目标位置的确定。

6.根据权利要求5所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述数据处理部分主要由stm32F745核心板完成，负责完成雷达信息与近电感应信息的综合提取与数据处理，并与所述飞行控制部分进行数据传递。

7.根据权利要求6所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，述数据处理部分的硬件电路包括串口数据接收、stm32处理芯片、无线通讯4G模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述数据处理部分的软件部分包括数据前处理以及控制指令生成部分，通过多信号综合处理算法完成信号处理和指令生成：

所述数据前处理根据毫米波雷达返回的障碍物距离、角度信息进行三角转换获得障碍物前方距离、侧方距离及宽度、高度信息；接收所述近电感应模块输出的电平信息判断是否靠近高压线安全距离内，将所述障碍物信息进行控制算法处理后产生控制指令，发送给所述无线通讯4G模块；

所述控制指令生成部分依靠动态窗口局部避障算法，根据所述数据前处理部分生成的障碍物信息产生前方地图矩阵，在考虑自身速度的情况下选择最优行进路线实现避障，在接收到所述近电感应模块的预警信息时，产生低速飞行指令，根据地图障碍物形状信息匹配可能的电线目标，进行障碍物警戒程度分级，在分权重的障碍物地图矩阵上规划最优实时航线，并结合实时近电预警反馈信息最优航线进行调整，确保所述无人机飞行的安全性。

9.根据权利要求8所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述飞行控制部分包括机载飞行控制器与地面站控制台，所述飞行控制器接收所述地面站控制台和所述数据处理部分给出的控制指令，控制所述无人机进行各方向的移动；

所述地面站控制台需要完成的任务有：获取北斗定位信息、实时显示所述无人机当前位置、设定飞行目标、判断是否到达目的地、可随时发送控制命令改变所述无人机飞行状态、控制返航或改变目标。

10.根据权利要求9所述的一种基于毫米波雷达和近电感应的无人机避障系统，其特征在于，所述毫米波雷达模块与所述数据处理部分通过串口通信，所述近电感应模块与所述数据处理部分采用串口通信，所述数据处理部分与所述飞行控制部分采用无线4G通信。